内容正文:
第31讲 抛物线
【考纲要求】
1. 理解抛物线线的定义、几何图形、标准方程 。
2. 初步掌握抛物线的几何性质。
3. 掌握抛物线的简单应用。
1. 抛物线的概念
平面内与一个定点F和一条定直线l(F∉l)的距离相等的点的轨迹叫做抛物线.点F叫做抛物线的焦点,直线l叫做抛物线的准线.
2. 抛物线的标准方程与几何性质
标准
方程
y2=2px(p>0)
y2=-2px(p>0)
x2=2py(p>0)
x2=-2py(p>0)
p的几何意义:焦点F到准线l的距离
图形
顶点
O(0,0)
对称轴
y=0
x=0
焦点
F
F
F
F
离心率
e=1
准线方程
x=-
x=
y=-
y=
范围
x≥0,y∈R
x≤0,y∈R
y≥0,x∈R
y≤0,x∈R
开口方向
向右
向左
向上
向下
注意:(1)抛物线的定义
抛物线的定义实质上给出了一个重要的内容:可将抛物线上的点到焦点的距离转化为到 准线的距离,可以使运算化繁为简.
(2)抛物线方程中,字母p的几何意义是抛物线的焦点F到准线的距离,等于焦点到抛物线顶点的距离.
(3)求抛物线方程时,要依据题设条件,弄清抛物线的对称轴和开口方向,正确地选择抛物线的标准方程.
考点一 抛物线定义
例1:若点P到直线y=-1的距离比它到点(0,3)的距离小2,则点P的轨迹方程是_______.
变式:已知平面内一动点P到点F(1,0)的距离与点P到y轴的距离的差等于1.求动点P的轨迹C的方程;
例2:动圆过点(1,0),且与直线x=-1相切,则动圆的圆心的轨迹方程为__________.
变式:已知抛物线y2=4x上一点M与该抛物线的焦点F的距离|MF|=4,则点M的横坐标x=________.
考点二 抛物线的标准方程
例1:分别求满足下列条件的抛物线的标准方程.
(1)准线方程为2y+4=0;
(2)过点(3,-4);
(3)焦点在直线x+3y+15=0上.
变式:分别求满足下列条件的抛物线的标准方程.
(1)准线方程为;
(2)若抛物线上的点到焦点的距离是4;
(3)以椭圆的左焦点为焦点的抛物线的标准方程;
(4)已知抛物线C与双曲线有相同的焦点,且顶点在原点;
考点三 抛物线性质
例1:抛物线的焦点坐标是( )
A. B. C. D.
变式:物线y=-x2的焦点坐标是( )
A.(0,-1) B.(0,1) C.(1,0) D.(-1,0)
例2:抛物线x2=y的准线方程为( )
A.y=- B.x=- C.y= D.x=
变式:抛物线C:y2=-x的准线方程为( )
A.x= B.x=- C.y= D.y=-
例3:已知是抛物线的焦点,直线是抛物线的准线,则到直线的距离为( )
A.2 B.4 C.6 D.8
变式:已知抛物线的焦点为,,是抛物线上两个不同的点,若,则线段的中点到轴的距离为( )
A.3 B. C.5 D.
例4:对抛物线,下列描述正确的是 ( )
A.开口向上,焦点为(0,2) B.开口向上,焦点为
C.开口向右,焦点为(2,0) D.开口向上,焦点为
变式:关于抛物线,下列说法正确的是( )
A.开口向左 B.焦点坐标为 C.准线为 D.对称轴为轴
例5:若抛物线y2=2px的焦点与椭圆+=1的右焦点重合,则p的值为________.
变式:抛物线的焦点是椭圆的一个焦点,求的准线方程.
例6:已知抛物线x2=2py(p>0)上的一点M(x0,1)到其焦点的距离为2,则该抛物线的焦点到其准线的距离为( )
A.6 B.4 C.3 D.2
变式:抛物线y2=2px(p>0)上一点M(3,y)到焦点F的距离|MF|=4,则抛物线的方程为( )
A.y2=8x B.y2=4x C.y2=2x D.y2=x
例7:过抛物线y2=4x的焦点的直线l交抛物线于P(x1,y1),Q(x2,y2)两点,如果x1+x2=6,则|PQ|等于( )
A.9 B.8 C.7 D.6
变式:斜率为的直线过抛物线C:y2=4x的焦点,且与C交于A,B两点,则|AB|=________.
考点四 抛物线应用
例1:如图是抛物线形拱桥,当水面为l时,拱顶离水面2米,水面宽4米.则水位下降1米后,水面宽________米.
例2:已知F是抛物线y2=x的焦点,A、B是该抛物线上的两点,|AF|+|BF|=3,则线段AB的中点到y轴的距离为 ( )
A. B.1 C. D.
变式: 设抛物线y2=8x的焦点为F,准线为l,P为抛物线上一点,PA⊥l,A为垂足.如果直线AF的斜率为-,那么|PF|等于 ( )
A.4 B.8 C.8 D.16
例3:设F为抛物线C:y2=4x的焦点,点A在C上,点B(3,0),若|AF|=|BF|,则|AB|等于( )
A.2 B.2 C.3 D.3
变式:已知直线l过抛物线C的焦点,且与C的对称轴垂直,l与C交于A,B两点,|AB|=12,P为C的准线上一点,则△ABP的面积为 ( )
A.18 B.24 C.36 D.48
例4:已知抛物线C:y2=4x,焦点为F,点M为抛物线C上的点,且|FM|=6,则M的横坐标是________,作MN⊥x轴于N,则S△FMN=________.
变式:从抛物线y2=4x上一点P引抛物线准线的垂线,垂足为M,且|PM|=5,设抛物线的焦点为F,则△MPF的面积为 ( )
A.5 B.10 C.20 D.
例5:若在抛物线y2=-4x上存在一点P,使其到焦点F的距离与到A(-2,1)的距离之和最小,则该点的坐标为________.
变式:已知抛物线y2=4x,过焦点F的直线与抛物线交于A,B两点,过A,B分别作y轴的垂线,垂足分别为C,D,则|AC|+|BD|的最小值为________.
例6:设P是抛物线y2=4x上的一个动点,则点P到点A(-1,1)的距离与点P到直线x=-1的距离之和的最小值为________.
变式:若抛物线y2=4x的准线为l,P是抛物线上任意一点,则P到准线l的距离与P到直线3x+4y+7=0的距离之和的最小值是( )
A.2 B. C. D.3
例7:已知抛物线,其焦点到其准线的距离为,过焦点且倾斜角为的直线交抛物线于两点,
(1)求抛物线的方程及其焦点坐标;
(2)求.
变式:已知动圆经过点,并且与直线相切
(1)求动圆圆心的轨迹的方程;
(2)经过点(2,0)且倾斜角等于135°的直线与轨迹相交于两点,求
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第31讲 抛物线
【考纲要求】
1. 理解抛物线线的定义、几何图形、标准方程 。
2. 初步掌握抛物线的几何性质。
3. 掌握抛物线的简单应用。
1. 抛物线的概念
平面内与一个定点F和一条定直线l(F∉l)的距离相等的点的轨迹叫做抛物线.点F叫做抛物线的焦点,直线l叫做抛物线的准线.
2. 抛物线的标准方程与几何性质
标准
方程
y2=2px(p>0)
y2=-2px(p>0)
x2=2py(p>0)
x2=-2py(p>0)
p的几何意义:焦点F到准线l的距离
图形
顶点
O(0,0)
对称轴
y=0
x=0
焦点
F
F
F
F
离心率
e=1
准线方程
x=-
x=
y=-
y=
范围
x≥0,y∈R
x≤0,y∈R
y≥0,x∈R
y≤0,x∈R
开口方向
向右
向左
向上
向下
注意:(1)抛物线的定义
抛物线的定义实质上给出了一个重要的内容:可将抛物线上的点到焦点的距离转化为到 准线的距离,可以使运算化繁为简.
(2)抛物线方程中,字母p的几何意义是抛物线的焦点F到准线的距离,等于焦点到抛物线顶点的距离.
(3)求抛物线方程时,要依据题设条件,弄清抛物线的对称轴和开口方向,正确地选择抛物线的标准方程.
考点一 抛物线定义
例1:若点P到直线y=-1的距离比它到点(0,3)的距离小2,则点P的轨迹方程是_______.
【答案】 x2=12y
【解析】由题意可知点P到直线y=-3的距离等于它到点(0,3)的距离,故点P的轨迹是以点(0,3)为焦点,以y=-3为准线的抛物线,且p=6,所以其标准方程为x2=12y.
变式:已知平面内一动点P到点F(1,0)的距离与点P到y轴的距离的差等于1.求动点P的轨迹C的方程;
【解析】设动点P的坐标为(x,y),由题意有-|x|=1.
化简得y2=2x+2|x|.当x≥0时,y2=4x;当x<0时,y=0.
所以,动点P的轨迹C的方程为y2=4x (x≥0)和y=0 (x<0).
例2:动圆过点(1,0),且与直线x=-1相切,则动圆的圆心的轨迹方程为__________.
【答案】y2=4x
【解析】设动圆的圆心坐标为(x,y),则圆心到点(1,0)的距离与到直线x=-1的距离相等,根据抛物线的定义易知动圆的圆心的轨迹方程为y2=4x.
变式:已知抛物线y2=4x上一点M与该抛物线的焦点F的距离|MF|=4,则点M的横坐标x=________.
【答案】3
【解析】抛物线y2=4x的焦点为F(1,0),准线为x=-1.根据抛物线的定义,点M到准线的距离为4,则M的横坐标为3.
考点二 抛物线的标准方程
例1:分别求满足下列条件的抛物线的标准方程.
(1)准线方程为2y+4=0;
(2)过点(3,-4);
(3)焦点在直线x+3y+15=0上.
【解析】(1)准线方程为2y+4=0,即y=-2,故抛物线焦点在y轴的正半轴上,设其方程为x2=2py(p>0). 又=2,∴2p=8,故所求抛物线的标准方程为x2=8y.
(2)∵点(3,-4)在第四象限,∴抛物线开口向右或向下,
设抛物线的标准方程为y2=2px(p>0)或x2=-2p1y(p1>0).
把点(3,-4)的坐标分别代入y2=2px和x2=-2p1y中,得(-4)2=2p·3,32=-2p1·(-4),
则2p=,2p1=. ∴所求抛物线的标准方程为y2=x或x2=-y.
(3)令x=0得y=-5;令y=0得x=-15. ∴抛物线的焦点为(0,-5)或(-15,0).
∴所求抛物线的标准方程为x2=-20y或y2=-60x.
变式:分别求满足下列条件的抛物线的标准方程.
(1)准线方程为;
(2)若抛物线上的点到焦点的距离是4;
(3)以椭圆的左焦点为焦点的抛物线的标准方程;
(4)已知抛物线C与双曲线有相同的焦点,且顶点在原点;
【解析】(1)因为抛物线的准线方程为,所以设抛物线方程为,则,得,所以抛物线方程为,
(2)由题得抛物线的准线方程为到准线的距离等于它到焦点的距离,则,所以,故抛物线方程为.
(3)由椭圆可得,所以左焦点坐标为,所以以为焦点的抛物线的标准方程为.
(4)由已知可知双曲线的焦点为,故设抛物线方程为 ,则,故 ,所以抛物线方程为.
考点三 抛物线性质
例1:抛物线的焦点坐标是( )
A. B. C. D.
【答案】D
【解析】由已知可得,且抛物线的开口向下,故焦点坐标为,故焦点坐标为.
变式:物线y=-x2的焦点坐标是( )
A.(0,-1) B.(0,1) C.(1,0) D.(-1,0)
【答案】 A
【解析】抛物线y=-x2的标准方程为x2=-4y,开口向下,p=2,=1,故焦点(0,-1).
例2:抛物线x2=y的准线方程为( )
A.y=- B.x=- C.y= D.x=
【答案】A
【解析】由抛物线的标准方程可得,抛物线的焦点位于y轴正半轴上,焦点坐标为),准线方程为y=-.
变式:抛物线C:y2=-x的准线方程为( )
A.x= B.x=- C.y= D.y=-
【答案】 A
【解析】y2=-x的准线方程为x=.
例3:已知是抛物线的焦点,直线是抛物线的准线,则到直线的距离为( )
A.2 B.4 C.6 D.8
【答案】B
【解析】由得,所以F到直线l的距离为。
变式:已知抛物线的焦点为,,是抛物线上两个不同的点,若,则线段的中点到轴的距离为( )
A.3 B. C.5 D.
【答案】B
【解析】由抛物线方程,得其准线方程为.设,,由抛物线的定义,得,即,所以线段中点的横坐标为,线段的中点到轴的距离为.
例4:对抛物线,下列描述正确的是 ( )
A.开口向上,焦点为(0,2) B.开口向上,焦点为
C.开口向右,焦点为(2,0) D.开口向上,焦点为
【答案】A
【解析】抛物线方程,化成标准方程形式,可得其开口向上,焦点坐标为.
变式:关于抛物线,下列说法正确的是( )
A.开口向左 B.焦点坐标为 C.准线为 D.对称轴为轴
【答案】A
【解析】对选项A,,开口向左,故A正确;对选项B,,焦点为,故B错误;对选项C,,准线方程为,故C错误;对选项D,,对称轴为轴,故D错误.
例5:若抛物线y2=2px的焦点与椭圆+=1的右焦点重合,则p的值为________.
【答案】4
【解析】因为椭圆+=1的右焦点为(2,0),所以抛物线y2=2px的焦点为(2,0),则p=4.
变式:抛物线的焦点是椭圆的一个焦点,求的准线方程.
【答案】
【解析】解:由椭圆可得,所以椭圆的焦点坐标为和,
又因为的焦点在轴正半轴上,所以的焦点坐标为,从而的准线方程为;
例6:已知抛物线x2=2py(p>0)上的一点M(x0,1)到其焦点的距离为2,则该抛物线的焦点到其准线的距离为( )
A.6 B.4 C.3 D.2
【答案】D
【解析】由题可知,抛物线准线为y=-,可得1+=2,解得p=2,所以该抛物线的焦点到其准线的距离为p=2.
变式:抛物线y2=2px(p>0)上一点M(3,y)到焦点F的距离|MF|=4,则抛物线的方程为( )
A.y2=8x B.y2=4x C.y2=2x D.y2=x
【答案】B
【解析】由题意可得|MF|=xM+,则3+=4,即p=2,故抛物线方程为y2=4x.
例7:过抛物线y2=4x的焦点的直线l交抛物线于P(x1,y1),Q(x2,y2)两点,如果x1+x2=6,则|PQ|等于( )
A.9 B.8 C.7 D.6
【答案】B
【解析】抛物线y2=4x的焦点为F(1,0),准线方程为x=-1.根据题意可得,
|PQ|=|PF|+|QF|=x1+1+x2+1=x1+x2+2=8.
变式:斜率为的直线过抛物线C:y2=4x的焦点,且与C交于A,B两点,则|AB|=________.
【答案】
【解析】由题意得,抛物线焦点为F(1,0),设直线AB的方程为y=(x-1).由得3x2-10x+3=0. 设A(x1,y1),B(x2,y2),
则x1+x2=,所以|AB|=x1+x2+2=.
考点四 抛物线应用
例1:如图是抛物线形拱桥,当水面为l时,拱顶离水面2米,水面宽4米.则水位下降1米后,水面宽________米.
【答案】 2
【解析】建立如图所示的平面直角坐标系,设抛物线的方程为x2=-2py(p>0),则点(2,-2)在抛物线上,代入可得p=1,所以x2=-2y.当y=-3时,x2=6,所以水面宽为2米.
例2:已知F是抛物线y2=x的焦点,A、B是该抛物线上的两点,|AF|+|BF|=3,则线段AB的中点到y轴的距离为( )
A. B.1 C. D.
【答案】C
【解析】∵|AF|+|BF|=xA+xB+=3,∴xA+xB=.
∴线段AB的中点到y轴的距离为=.
变式: 设抛物线y2=8x的焦点为F,准线为l,P为抛物线上一点,PA⊥l,A为垂足.如果直线AF的斜率为-,那么|PF|等于 ( )
A.4 B.8 C.8 D.16
【答案】B
【解析】设P,则A(-2,y),由kAF=-,即=-,
得y=4,|PF|=|PA|=+2=8.
例3:设F为抛物线C:y2=4x的焦点,点A在C上,点B(3,0),若|AF|=|BF|,则|AB|等于( )
A.2 B.2 C.3 D.3
【答案】B
【解析】方法一 由题意可知F(1,0),抛物线的准线方程为x=-1.
设A,则由抛物线的定义可知|AF|=+1.
因为|BF|=3-1=2,所以由|AF|=|BF|,可得+1=2,
解得y0=±2,所以A(1,2)或A(1,-2).
不妨取A(1,2),则|AB|===2.
方法二 由题意可知F(1,0),故|BF|=2,所以|AF|=2.
因为抛物线的通径长为2p=4,所以AF的长为通径长的一半,
所以AF⊥x轴,所以|AB|===2.
变式:已知直线l过抛物线C的焦点,且与C的对称轴垂直,l与C交于A,B两点,|AB|=12,P为C的准线上一点,则△ABP的面积为 ( )
A.18 B.24 C.36 D.48
【答案】C
【解析】不妨设抛物线的标准方程为y2=2px(p>0),由于l垂直于对称轴且过焦点,故直线l的方程为x=.代入y2=2px得y=±p,即|AB|=2p,又|AB|=12,故p=6,所以抛物线的准线方程为x=-3,故S△ABP=×6×12=36.
例4:已知抛物线C:y2=4x,焦点为F,点M为抛物线C上的点,且|FM|=6,则M的横坐标是________,作MN⊥x轴于N,则S△FMN=________.
【答案】5 4
【解析】因为抛物线的方程为y2=4x,故p=2且F(1,0),
因为|FM|=6,所以xM+=6,解得xM=5,故yM=±2,所以S△FMN=×(5-1)×2=4.
变式:从抛物线y2=4x上一点P引抛物线准线的垂线,垂足为M,且|PM|=5,设抛物线的焦点为F,则△MPF的面积为 ( )
A.5 B.10 C.20 D.
【答案】 B
【解析】由抛物线方程y2=4x易得抛物线的准线l的方程为x=-1,又由|PM|=5可得点P的横坐标为4,代入y2=4x,可求得其纵坐标为±4,故S△MPF=×5×4=10.
例5:若在抛物线y2=-4x上存在一点P,使其到焦点F的距离与到A(-2,1)的距离之和最小,则该点的坐标为________.
【答案】 )
【解析】 如图,∵y2=-4x,∴p=2,焦点坐标为(-1,0).依题意可知当A,P及P到准线的垂足三点共线时,点P与点F、点P与点A的距离之和最小,故点P的纵坐标为1.将y=1代入抛物线方程求得x=-,则点P的坐标为 )。
变式:已知抛物线y2=4x,过焦点F的直线与抛物线交于A,B两点,过A,B分别作y轴的垂线,垂足分别为C,D,则|AC|+|BD|的最小值为________.
【答案】2
【解析】由题意知F(1,0),|AC|+|BD|=|AF|+|FB|-2=|AB|-2,即|AC|+|BD|取得最小值时当且仅当|AB|取得最小值.依抛物线定义知,当|AB|为通径,即|AB|=2p=4时为最小值,所以|AC|+|BD|的最小值为2.
例6:设P是抛物线y2=4x上的一个动点,则点P到点A(-1,1)的距离与点P到直线x=-1的距离之和的最小值为________.
【答案】
【解析】如图,易知抛物线的焦点为F(1,0),准线是x=-1,由抛物线的定义知点P到直线x=-1的距离等于点P到F的距离.于是,问题转化为在抛物线上求一点P,使点P到点A(-1,1)的距离与点P到F(1,0)的距离之和最小,显然,连接AF与抛物线相交的点即为满足题意的点,此时最小值为=.
变式:若抛物线y2=4x的准线为l,P是抛物线上任意一点,则P到准线l的距离与P到直线3x+4y+7=0的距离之和的最小值是( )
A.2 B. C. D.3
【答案】A
【解析】由抛物线定义可知点P到准线l的距离等于点P到焦点F的距离,由抛物线y2=4x及直线方程3x+4y+7=0可得直线与抛物线相离.
∴点P到准线l的距离与点P到直线3x+4y+7=0的距离之和的最小值为点F(1,0)到直线3x+4y+7=0的距离,即=2.
例7:已知抛物线,其焦点到其准线的距离为,过焦点且倾斜角为的直线交抛物线于两点,
(1)求抛物线的方程及其焦点坐标;
(2)求.
【解析】(1)抛物线的焦点到其准线的距离为,得,
所以抛物线的方程为,焦点坐标为.
(2)过焦点且倾斜角为的直线的方程为,设,
联立方程组消去可得,则,所以.
变式:已知动圆经过点,并且与直线相切
(1)求动圆圆心的轨迹的方程;
(2)经过点(2,0)且倾斜角等于135°的直线与轨迹相交于两点,求
【解析】(1)设,则依题意可得,化简得,
所以动圆圆心P的轨迹M的方程为
(2)直线的方程为,即,
联立,消去并整理得,
设,,则,,
由弦长公式可得.所以
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